彈簧模態分析的案例
汽車懸架彈簧等我模態分析求助
我做的彈簧模態分析，在彈簧下端圈采用固定約束，材料屬性已經設定好，然后得到的頻率結果前六階有幾階比較相近，想知道是我的模型有問題嗎，實體模型沒問題，網格是用hypermesh劃的
變截面彈簧模態分析
對于變截面彈簧進行了模態分析，并導出相關位移動畫
1.rar
simsolid結果.mp4
彈簧桿件預應力模態分析
模型導入（采用CATIA建模）
2.參數設置：一端固支，一端施加軸向10N預緊力，進行模態計算
3.模態計算結果（因為是AMD的顯卡，后處理結果顯示只有線框這里就不上圖了）
單自由度彈簧振子模態分析
一個很簡單的模態分析。
接觸非線性彈簧系統的模態分析問題
（1）彈簧的上端固定在外箱體上；
（2）彈簧的下端固定在物塊上；
（3）物塊下表面與箱體之間沒有固定，單純的接觸關系，可發生分離；
（4）整個箱體受到激勵作用，繼而彈簧會自主發生振動，帶動物塊上下運動，從而物塊與外箱體下面的接觸力會發生變化。
（5）想要計算的就是這個變化的接觸力。
模態分析是振動分析的基礎，因此此處先只討論該系統模態分析的可能性。
傳統的模態分析技術是基于線性模型的線性模態分析，無法有效地處理非線性系統的模態問題。
為此，人們采取了很多近似的分析方法。最初，在整機結構分析中不考慮零件間的接觸特性，忽略聯接特性帶來的影響，將若干個零件視為一體，看作一個不包含聯接的單一實體零件。這個時候，問題變為線性，可以采用傳統的模態分析技術獲得機器整機的振動模態。這樣的簡化和假定顯然誤差比較大。
隨后，為了考慮零件間的聯接、接觸特性，將零件間的聯接簡化成線性彈簧，彈簧的剛度由聯接剛度決定。這樣種方法顯然要比最初的方法要好，同時問題也仍然是線性的，可以采用傳統的模態分析技術獲得機器的整機模態。
不足之處是，零件之間的聯接特性不是線性的，本質上是一種接觸特性，作為線性問題處理并不完全合理。比較理想的情況是把零件之間的聯接特性用非線性的彈簧來反映，但是這個時候沒辦法采用線性的模態分析技術獲得機器整機的模態。
目前，針對上述的接觸問題進行模態分析的典型方法是預應力模態分析方法。該方法分兩步，第一步是在考慮接觸特性的情況下做一次靜態非線性分析，獲得在靜態載荷作用下的非線性結構的應力，然后把得到的應力以附加剛度的形式疊加到機器剛度上，最后在不考慮接觸的條件下對這種具有附加剛度的機器結構做線性模態分析，獲得機器的整機模態。
展開 接觸非線性彈簧系統的模態分析問題
（1）彈簧的上端固定在外箱體上；
（2）彈簧的下端固定在物塊上；
（3）物塊下表面與箱體之間沒有固定，單純的接觸關系，可發生分離；
（4）整個箱體受到激勵作用，繼而彈簧會自主發生振動，帶動物塊上下運動，從而物塊與外箱體下面的接觸力會發生變化。
（5）想要計算的就是這個變化的接觸力。
模態分析是振動分析的基礎，因此此處先只討論該系統模態分析的可能性。
傳統的模態分析技術是基于線性模型的線性模態分析，無法有效地處理非線性系統的模態問題。
為此，人們采取了很多近似的分析方法。最初，在整機結構分析中不考慮零件間的接觸特性，忽略聯接特性帶來的影響，將若干個零件視為一體，看作一個不包含聯接的單一實體零件。這個時候，問題變為線性，可以采用傳統的模態分析技術獲得機器整機的振動模態。這樣的簡化和假定顯然誤差比較大。
隨后，為了考慮零件間的聯接、接觸特性，將零件間的聯接簡化成線性彈簧，彈簧的剛度由聯接剛度決定。這樣種方法顯然要比最初的方法要好，同時問題也仍然是線性的，可以采用傳統的模態分析技術獲得機器的整機模態。
不足之處是，零件之間的聯接特性不是線性的，本質上是一種接觸特性，作為線性問題處理并不完全合理。比較理想的情況是把零件之間的聯接特性用非線性的彈簧來反映，但是這個時候沒辦法采用線性的模態分析技術獲得機器整機的模態。
目前，針對上述的接觸問題進行模態分析的典型方法是預應力模態分析方法。該方法分兩步，第一步是在考慮接觸特性的情況下做一次靜態非線性分析，獲得在靜態載荷作用下的非線性結構的應力，然后把得到的應力以附加剛度的形式疊加到機器剛度上，最后在不考慮接觸的條件下對這種具有附加剛度的機器結構做線性模態分析，獲得機器的整機模態。
展開 鋼板彈簧夾緊狀態模態計算模型 ￥20
1\在UG中建立鋼板彈簧完全自由狀態下的模型
2\用HyperMesh畫好體網格后導出*.inp文件
3\附材料屬性，定義耦合，定義接觸
4\創建載荷步，夾緊與模態設置
模態分析定義以及模態假設理論 附模態分析理論與應用傅志方下載
下載地址：模態分析理論與應用傅志方
水下潛艇濕模態分析（聲學模態模塊） ￥20
因此，結構自身的振動特性分析是研究其輻射聲場強度分布的基礎。潛艇水下的振動模態，稱為水下潛艇的濕模態。</p>
<p>建模過程中需要建立流固耦合模型，其中流體為理想流體，滿足如下基本假設：</p>
<p>（1）流體是無粘和可壓縮的：</p>
<p>（2）聲波振幅相對較窄，這樣流體密度變化較小；</p>
<p>（3）波傳播與熱力學過程是絕熱的。</p>
<p>注：例子來自《<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" class="jsk-anchor">ANSYS Workbench</a>設計、仿真與優化 第3版》p61，原書中采用插入命令流方式實現流固耦合，之前寫過采用act插件實現，<a href="https://www.yqgqt.org.cn/post/1197433" target="_blank" title="水下潛艇濕模態分析(插入命令流與ACT對比)">水下潛艇濕模態分析(插入命令流與ACT對比)</a>。在<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/Ansys" class="jsk-anchor">ANSYS</a>高版本中，已經帶有聲學<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/fea" class="jsk-anchor">模態分析</a>模塊Modal Acoustics，本文將采用該模塊來分析。
展開 Opstruct基于模態分析的掃頻分析、隨機振動分析、動剛度分析（模態法、直接法） ￥100
利用Hypermesh中Opstruct模塊求解模態分析，并在模態分析的基礎之上，依次建立掃頻分析和隨機振動分析。動剛度分析（模態法、直接法）。
模態分析影響因素及模態分析應用
1.模態分析在工程應用中的主要作用如下：
各類在振動環境工作的產品，都需要進行模態計算；
模態計算可以得到產品的固有頻率，模態振型，參與系數和有效質量等數據；
基于模態的計算結果，可以優化和修改產品的動力學特性；
通過模態分析可以使結構避免共振或讓結構在指定的頻率下振動
通過模態分析可以掌握產品的固有頻率分布規律，從而可以為產品的噪聲控制提供數據支撐。
2.模態理論方程說明
模態計算為自由振動，因此模態計算的有限元控制方程為：
（1）
式中：[M]-總體質量矩陣，[C]-總體阻尼矩陣，[K]-總體剛度矩陣，但是在實際工程應用中，大部分的結構阻尼較小，因此可以忽略上式中的阻尼矩陣（阻尼比超過0.2的結構，必須考慮），則上式可以變為：
（2）
由于模態計算中，認為結構是線性的，即具有恒定的總體質量矩陣和總體剛度矩陣，因此可以假設（2）式的通解形式為
（3）
將（3）式代入（2），則可以將時間變量消去，得到
（4）
上述方程的成立的兩種情況：
（1），則表明結構沒有振動，這個情況不考慮舍去
（2）
所以，對于無阻尼模態計算，最后將一個時域控制方程轉換為一個矩陣的特征值求解問題。
3.模態分析影響因素
由（4）式可知，影響模態的主要因素，就是結構的剛度矩陣和結構的質量矩陣。在有限元計算中，一旦確定計算對象的材料參數，則質量矩陣式確定的，但是結構的剛度矩陣會與約束，載荷，結構等有關系。
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結構模態分析專篇之理論模態分析（一）
1 理論模態分析過程是由物理參數獲得模態參數的過程。其數學實質是，由物理參數建立結構的振動微分方程，求解該微分方程，得到模態參數。
2 在振動理論中，傅立葉變換是求解振動微分方程的常用方法，大致分為三個步驟：對微分方程進行傅立葉變換；求解；對求解結果再進行傅立葉逆變換得出最終結果。
3 對振動微分方程進行傅立葉變換的過程是由物理參數獲得函數參數的過程，所以使用傅立葉變換是求解振動微分方程的三個步驟又可以描述為：由物理參數獲得函數參數；對函數參數進行運算；由函數參數獲得模態參數。
4 雖然理論模態分析的最終目的是獲得模態參數，但有時候經過傅立葉變換獲得函數參數后，已經能發現問題所在和滿足我們的需求。
5 在振動理論中，結構大致有三種模型：單自由度系統；多自由度系統；連續系統。一般來說，單自由度和多自由度系統更為常用。
6 單自由度系統的振動理論容易理解和把握，一般可以作為學習者把握振動規律的依據。但是，實踐中的大部分問題一般都屬于多自由度系統。其實，只要掌握一定的技巧，多自由度系統的振動理論也很容易理解和把握的。所以筆者建議單自由度和多自由度的振動理論都應該熟練掌握才好。
展開 空調管路模態分析（干模態、濕模態及單向流固耦合） ￥6
流體計算收斂圖如下：
流體分析完后，我們已經得到了流體在流動時對管路的作用力，隨后便是將該壁面的作用力傳遞到結構靜力分析中去，將靜力分析的結果再傳遞到模態分析中去進行預應力模態分析，靜力分析和預應力模態分析設置如下：
Imported Load分析設置：
6、結果對比分析
將三種情況的結果進行對比分析，分析結果如下，我們可以發現，預應力模態頻率最高，這是由于流體在流動時對管路的壓力提高了管路的剛度，而濕模態對管路沒有左右用，只是在發生振動時起到阻尼作用，導致管路模態頻率下降，干模態則介于這兩者之間，同時還發現，除了第8階預應力模態外，其他預應力模態比干模態高出5~10Hz左右，而第8階次模態則高出許多，說明在通常情況下，干模態分析并不能完全預測在流體作用下實際結構的模態頻率，為準確預測，則需要考慮流體流動甚至重力作用下對結構的影響。（本文重點分析模態頻率，暫不進行振型分析）
7、參考文獻
[1]白靜峰.空調系統的流固耦合振動及其控制研究.2017.河北工業大學,MA thesis.
最后的最后，有不足之處歡迎指出，咱們一起探討、一起進步。
展開 Hypermesh與ABAQUS聯合的模態分析 附HyperMesh模態分析步驟下載
圖9 一階模態振型
圖10 二階模態振型
下載地址：HyperMesh模態分析步驟
重型汽車車架有限元模態分析與試驗模態分析比較
圖2 車架有限元分析模態振型
3.3 模態試驗
車架的模態試驗主要由以下四部分組成：被試車架、激振系統、拾振系統、數據分析與處理系統。其中激振系統包括信號發生器、功率放大器和激振器。拾振系統包括加速度傳感器、力傳感器、電荷放大器和信號采集系統。模態分析和數據處理系統主要采用LMS Test.Lab分析軟件。
為了保證車架的主要頻率和振型都能夠被充分激發出來，進行車架模態試驗時采用多點激振、多點拾振的方法。選取0-200Hz頻率的白噪聲作為激振信號，對車架垂向和橫向兩個方向進行激振，其中兩個激振器分別安裝在車架前部橫梁處和車架的中部縱梁底部，具體實驗如圖3所示。
圖3 車架模態試驗時激振器激振位置
由于要得到車架的自由模態頻率和模態振型，希望車架結構的振動是完全自由而不受任何約束作用的，這就要求支撐對試件的作用力是一個平衡結構重量的常數。而在振動時引額外引起的彈性力、慣性力、阻尼力等都很小，均可略去不計。支撐件本身的質量、阻尼可以做的很小，但是需要它產生較大的靜載荷又具有很小的剛度是十分困難的。理論與實踐表明當結構——支撐件系統的固有頻率與結構的固有頻率之比小于1/5時，這時測試得到的結構固有頻率的誤差很小，其影響可以忽略不計[2]。
為滿足上述要求，一般常用的方法有：橡皮繩懸掛、充氣輪胎支撐、彈簧支撐等方法。采用這樣的方法可以使得支撐——結構系統的固有頻率很低。在本次試驗中，車架前后各采用兩個充氣內胎來支撐如圖4所示。
圖4 車架的支撐方式
通過以上試驗方式測得車架的固有頻率與振型如表-2所示。
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